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Solarzellen aus dem Drucker brauchen weniger Material als gedacht

Maria Saladina, Carsten Deibel und Chen Wang (v. r. n. l.) forschen an der Professur Optik und Photonik der kondensierten Materie der TU Chemnitz an den Solarzellen von morgen. © Fabio Le Piane
Sie wollen organische Solarzellen besser verstehen: Maria Saladina, Carsten Deibel und Chen Wang (v. r. n. l.) von der TU Chemnitz. © Fabio Le Piane
Von: Wissensland
Gedruckte Solarzellen gelten als Hoffnungsträger für günstige und flexible Photovoltaik. Forschende der TU Chemnitz haben nun herausgefunden, dass sie auch mit extrem wenig Material leistungsfähig bleiben können.

Eine Solarzelle, die sich wie Zeitungsdruck auf eine Folie aufbringen lässt – das klingt verlockend. Organische Solarzellen könnten genau das ermöglichen. Sie bestehen nicht aus dem teuren Silizium herkömmlicher Solarmodule, sondern aus speziellen Kunststoffen. Forschende der Technischen Universität Chemnitz haben nun herausgefunden, wie diese Zellen auch dann noch gut funktionieren, wenn man einen ihrer wichtigsten Bestandteile auf ein Minimum reduziert.

Organische Solarzellen bestehen aus zwei Materialien, die gemeinsam Strom erzeugen. Das eine gibt Elektronen ab (Donor), das andere nimmt sie auf (Akzeptor). Erst dieses Zusammenspiel macht die Stromerzeugung möglich. Trifft Licht auf die Zelle, entsteht elektrischer Strom. Bislang galt eine ausgewogene Mischung beider Stoffe als Voraussetzung für gute Leistung.

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Überraschend gut trotz weniger Material

Das Chemnitzer Team um Prof. Dr. Carsten Deibel hat diese Annahme jetzt infrage gestellt und den Donoranteil reduziert. Das Ergebnis überraschte die Forschenden. Obwohl sie die Menge des Materials immer weiter verringerten, funktionierten die Solarzellen deutlich besser als erwartet. Selbst bei einem Anteil von nur einem Prozent arbeitete die Solarzelle noch erstaunlich zuverlässig.

Die Untersuchungen zeigen, dass dafür nicht allein die Menge des Materials entscheidend ist. Wichtig ist vor allem, wie die verschiedenen Bestandteile im Inneren der Solarzelle angeordnet sind. Nach Angaben von Prof. Carsten Deibel bestimmt diese innere Struktur maßgeblich, wie leistungsfähig eine organische Solarzelle sein kann.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass organische Solarzellen mit deutlich weniger Material auskommen könnten als bisher angenommen. Das wiederum würde die Herstellung preiswerter und ressourcenschonender machen.

Grundlage für günstigere Solarmodule

Die Erkenntnisse sind nicht nur theoretisch interessant. Organische Solarzellen lassen sich mit Druckverfahren herstellen, ähnlich wie eine Zeitung gedruckt wird. Das macht sie potenziell viel günstiger als herkömmliche Solarmodule. Zudem gelten sie als vielversprechende Ergänzung zu klassischen Solarzellen. Sie sind leicht, flexibel und könnten künftig beispielsweise auf Fassaden, Fahrzeugen oder tragbaren elektronischen Geräten eingesetzt werden.

Die Studie erschien im Fachjournal "Advanced Materials" und entstand im Rahmen der DFG-Forschungsgruppe POPULAR, die von der TU Chemnitz koordiniert wird und mit rund fünf Millionen Euro gefördert wird. Beteiligt sind 14 Wissenschaftler aus Deutschland und Großbritannien, darunter auch Forschende der TU Dresden und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW). Gemeinsam arbeiten sie daran, Solarzellen aus dem Drucker besser zu verstehen und für eine spätere Serienfertigung weiterzuentwickeln.


Originalveröffentlichung:
Chen Wang, Maria Saladina, Carsten Deibel, et al: Rethinking charge transport: Donor dilution reshapes limits of organic solar cells. Advanced Materials e23681 (2026).

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